KR20140092006A - 영구자석의 위치를 이동시킨 이중 고정자 구조의 전기기기 - Google Patents

영구자석의 위치를 이동시킨 이중 고정자 구조의 전기기기 Download PDF

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KR20140092006A
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Abstract

본 발명은 전기기기에 관한 것이다. 용도와 관련하여서, 발전기 또는 모터로 이용될 수 있는 전기기기에 관한 것이다. 본 발명에 의한 전기기기의 일 실시예는 회전가능하게 설치되는 샤프트; 상기 샤프트와 결합되어 회전가능하고, 디스크의 제1면에는 다수의 영구자석이 원주 방향을 따라 제1영구자석 배열로 배열되고, 상기 제1면의 반대측에 위치한 제2면에는 다수의 영구자석이 원주 방향을 따라 제2영구자석 배열로 배열되되, 상기 제1면에 배열된 N극 또는 S극 영구자석과 상기 제2면에 배열된 N극 또는 S극 영구자석의 상기 샤프트 회전축 방향에 대한 정렬 위치를 기준으로, 상기 제1 및 제2영구자석 배열 중 어느 하나가 다른 하나에 대하여 상기 샤프트의 원주 방향을 따라 소정의 각도로 전이되어 있는 로터; 및 상기 로터를 사이에 두고 각각 배치되고, 코일이 권선된 다수의 슬롯(Slot)이 마련된 제1스테이터와 제2스테이터를 포함할 수 있다.

Description

영구자석의 위치를 이동시킨 이중 고정자 구조의 전기기기{Dual Stator Type Electric Apparatus with Displaced Permanent Magnet}
본 발명은 영구자석의 위치를 이동시킨 이중 고정자 구조의 전기기기에 관한 것이다. 이러한 구조를 갖는 전기기기는 발전기 또는 모터로 이용될 수 있다.
일반적으로 발전기 또는 모터의 구조는 로터와 스테이터 및 이들을 고정하는 하우징을 포함한다. 발전기를 예로 들면, 로터에 설치되는 영구자석에서 발생하는 자속이 스테이터에 쇄교되어 전자기 유도작용에 의하여 스테이터가 포함하는 코일에 유도전류를 형성함으로써 발전이 이루어진다. 물론 모터의 경우도 마찬가지다. 이러한 발전기 또는 모터는 초기 기동에 있어서 코깅토크가 문제된다.
코깅토크(Cogging Torque)란 발전기 또는 모터 내의 비균일 토크로서, 발전기 장치의 자기 에너지가 최소인 위치로 이동하려는 접손 방향의 힘이다. 코깅토크는 로터의 영구자석과 스테이터의 슬롯(Slot)의 상호작용에 의하여 발생한다.
근자에는 경제적이고, 친환경적인 소형 풍력발전기가 각광을 받고 있는데 이러한 소형 풍력발전기와 같은 발전기는 코깅토크가 크면 초기 기동시 큰 기동토크를 요구하므로 낮은 풍량에서는 초기 기동이 어려운 문제가 있다.
또한, 코깅토크가 크면 발전기의 효율이나 출력 특성도 나빠지는 문제가 있다.
또한, 종래의 발전기는 로터와 스테이터 사이에서 전자기 유도작용에 의하여 발전이 이루어질 때 열이 발생하는 데 이는 발전기의 출력과 효율을 떨어뜨리는 문제가 있다.
상술한 문제는 모터의 경우도 마찬가지로 발생한다.
발전기 또는 모터에 있어서, 코깅토크가 감소되는 새로운 구조의 영구자석의 배열을 갖는 발전기 또는 모터가 요구된다.
또한, 쉽게 과열되지 않는 구조를 갖는 발전기 또는 모터가 요구된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명확하게 이해될 수 있다.
본 발명에 의한 일실시예의 전기기기는 회전가능하게 설치되는 샤프트를 포함할 수 있다.
또한, 상기 샤프트와 결합되어 회전가능하고, 디스크의 제1면에는 다수의 영구자석이 원주 방향을 따라 제1영구자석 배열로 배열되고, 상기 제1면의 반대측에 위치한 제2면에는 다수의 영구자석이 원주 방향을 따라 제2영구자석 배열로 배열되되, 상기 제1면에 배열된 N극 또는 S극 영구자석과 상기 제2면에 배열된 N극 또는 S극 영구자석의 상기 샤프트 회전축 방향에 대한 정렬 위치를 기준으로, 상기 제1 및 제2영구자석 배열 중 어느 하나가 다른 하나에 대하여 상기 샤프트의 원주 방향을 따라 소정의 각도로 전이되어 있는 로터를 포함할 수 있다.
여기서 영구자석의 위치 이동 즉 전이에 의하여 본 발명의 실시예에 의한 전기기기의 코깅토그가 감소되는 효과가 있다.
그리고, 상기 로터를 사이에 두고 각각 배치되고, 코일이 권선된 다수의 슬롯(Slot)이 마련된 제1스테이터와 제2스테이터를 포함할 수 있다.
여기서 로터는 제1스테이터와 제2스테이터 사이에서 회전함으로써 일종의 냉각 팬 역할을 수행하게 되므로 본 발명에 따른 전기기기의 출력 또는 효율이 향상되는 효과가 있다. 이러한 구조는 전기기기의 내구성을 향상시키는 효과도 있다.
상기 제1 및 제2영구자석 배열은 N극과 S극 영구자석이 소정의 간격을 두고 교대로 배열될 수 있다.
상기 간격은 상기 제1 및 제2스테이터에 상기 영구자석의 자속을 쇄교시킬 수 있을 정도가 바람직하다.
상기 다수의 슬롯은 소정의 간격을 두고 배열되며, 상기 영구자석이 위치된 방향으로 돌출될 수 있다.
실시예에 따라서는 상기 제1스테이터의 상기 다수의 슬롯과 상기 제2스테이터의 상기 다수의 슬롯은 상기 회전축 방향을 따라 정렬될 수 있다.
한편, 상기 전이각은 코깅토크를 감소시키도록 상기 영구자석 또는 상기 슬롯의 개수를 고려 인자(factor)로 하여 결정될 수 있다.
상기 전이각(αde)은 다음의 수학식을 이용하여 계산할 수 있다.
(수학식)
αde=(90°* HCF{Ns,P} / Ns) ± 10°[deg.(e)]
여기서, [deg.(e)]는 전기각을 나타내고, Ns은 상기 제1스테이터와 상기 제2스테이터 각각에 마련된 슬롯의 개수를 나타내며, P는 상기 디스크의 상기 제1면과 상기 제2면 각각에 마련된 영구자석의 개수를 나타내고, HCF{Ns,P}는 Ns과 P의 최대공약수를 나타낸다. 또한, 상기 수학식에서 " ± 10°"는 전이각 계산에 있어서 오차범위를 나타낸다.
실시예적으로는 상기 제1스테이터와 상기 제2스테이터 각각에 마련된 슬롯의 개수는 30개일 수 있으며, 상기 디스크의 상기 제1면과 상기 제2면 각각에 마련된 영구자석의 개수는 20개일 수 있다.
실시예적으로는 상기 샤프트는 풍력발전기의 블레이드와 연결되어, 상기 블레이드로부터 동력을 전달받아 회전할 수 있다.
본 발명에 의한 일실시예의 전기기기는 상기 제1스테이터와 제2스테이터 각각의 외측면을 덮는 제1하우징과 제2하우징; 및 상기 다수의 영구자석과 상기 다수의 슬롯이 소정의 공극을 유지하도록 하기 위해 상기 제1하우징과 제2하우징 사이에 마련되는 제3하우징을 추가로 포함할 수 있다.
여기서 상기 공극은 상기 제1 및 제2스테이터에 상기 영구자석의 자속을 쇄교시킬 수 있을 정도인 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 또 다른 실시예의 전기기기는 회전가능하게 설치되는 샤프트를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 샤프트와 결합되어 회전가능하고, 디스크의 제1면에는 다수의 영구자석이 원주 방향을 따라 제1영구자석 배열로 배열되고, 상기 제1면의 반대측에 위치된 제2면에는 다수의 영구자석이 원주 방향을 따라 제2영구자석 배열로 배열되되, 상기 제1면에 배열된 N극 또는 S극 영구자석과 상기 제2면에 배열된 N극 또는 S극 영구자석이 상기 샤프트의 회전축 방향을 따라 비정렬된 로터를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 로터의 상기 제1면과 소정의 공극을 형성하며 배치되고, 다수의 슬롯이 마련된 제1스테이터를 포함할 수 있다.
또한, 상기 로터의 상기 제2면과 소정의 공극을 형성하며 배치되고, 상기 제1스테이터와 대향하며, 상기 제1스테이터의 상기 다수의 슬롯과 상기 회전축 방향을 따라 정렬된 다수의 슬롯이 마련된 제2스테이터를 포함할 수 있다.
전술한 실시예의 전기기기는 영구자석의 위치를 변경시킴으로써 코깅토크가 감소되는 효과가 있으며, 로터가 회전하면서 냉각 팬의 역할을 겸하므로 스테이터의 냉각 특성이 우수하여 전기기기의 효율 및 출력이 향상되는 효과가 있다.
특히 풍력발전기 등에 있어서 초기 기동을 원활하게 하여 발전의 효율 및 출력을 향상시키는 효과가 있다.
이외에도, 본 발명의 효과는 실시예에 따라서 우수한 내구성을 가지는 등 다양한 효과를 가지며, 그러한 효과에 대해서는 후술하는 실시예의 설명 부분에서 명확하게 확인될 수 있다.
도 1은 제1스테이터와 제2스테이터 사이에 로터가 삽입된 모습를 나타내는 분해도이다.
도 2은 N극 또는 S극 영구자석을 만드는 것을 설명하는 개념도이다.
도 3는 영구자석의 위치가 변경되기 전의 모습을 나타내는 도면이다.
도 4은 영구자석의 위치가 변경된 후의 모습을 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 전기기기(10)의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 여기의 전기기기(10)는 발전기 또는 모터로서 이용될 수 있다.
도 1은 제1스테이터(20)와 제2스테이터(30) 사이에 로터(40)가 삽입된 모습를 나타내는 분해도이다. 도 2는 N극 또는 S극 영구자석(43,44)을 만드는 것을 설명하는 개념도이다.
도 3은 영구자석(43,44)의 위치가 변경되기 전의 모습을 나타내는 도면이다. 그리고, 도 4는 영구자석(43,44)의 위치가 변경된 후의 모습을 나타내는 도면이다.
본 발명인 전기기기(10)의 일실시예는 발전기로 기능할 수 있다. 또한 본 발명인 전기기기(10)의 또 다른 실시예는 모터로 기능할 수 있다.
이하 본 발명의 일실시예로서 전기기기(10)가 발전기로 기능하는 경우를 설명한다.
먼저, 본 실시예는 샤프트(50), 로터(40), 제1스테이터(20) 및 제2스테이터(30)를 포함한다.
샤프트(50)는 로터(40)와 결합되며 함께 회전 가능하다.
제1스테이터(20)와 제2스테이터(30)는 로터(40)를 사이에 두고 각각 배치된다. 즉 제1스테이터(20)는 로터(40)의 제1면(41)과 마주보고 배치되며, 제2스테이터(30)는 로터(40)의 제2면(42)과 마주보며 배치된다.
제1스테이터(20)와 제2스테이터(30)는 원판에 다수의 슬롯(Slot,21,31)이 마련된 형태이다. 다수의 슬롯(21,31)은 원판의 원주 방향을 따라서 배열되어 있다. 다수의 슬롯(21,31)은 소정의 간격을 두고 배열되며 로터(40)의 영구자석(43,44)이 위치한 방향으로 돌출되어 있다. 실시예에 따라서는 제1스테이터(20)의 다수의 슬롯(21)과 제2스테이터(30)의 다수의 슬롯(31)은 샤프트(50)의 회전축(X) 방향을 따라 정렬될 수 있다. 다수의 슬롯(21,31) 각각에는 코일(60)이 권선되어 있다.
본 실시예는 샤프트(50)의 회전에 의하여 제1스테이터(20)와 제2스테이터(30) 사이에서 로터(40)가 회전하는데 이러한 구조는 발전 기능 외에도 로터(40)가 냉각 팬 기능도 수행하게 되므로 발전기의 냉각특성을 향상시키는 효과가 있다.
로터(40)는 제1면(41)과 제2면(42)을 갖는 원형 디스크(40a)를 포함한다. 제2면(42)은 제1면(41)에 반대쪽에 위치한다. 디스크(40a)의 제1면(41)에는 다수의 영구자석(43,44)이 원주 방향을 따라 제1영구자석 배열(45)로 배열된다. 제2면(42)에는 제1면(41)과 마찬가지로 다수의 영구자석(43,44)이 원주 방향을 따라 제2영구자석 배열(46)로 배열된다.
제1 및 제2영구자석 배열(45,46)은 N극과 S극 영구자석(43,44)이 교대로 배열된 것이다. 여기서 N극 영구자석(43) 또는 S극 영구자석(44)은 일정한 배열이 없는 자기 모멘트(71)를 가진 자성체(70)에 한쪽 방향으로 강력한 자장(72)을 걸어 자기 모멘트(71)들을 일정방향으로 배열하게 하여 만들 수 있다. 즉 N극 영구자석(43)은 자속이 나가는 방향을 갖도록 자기 모멘트(71)를 배열시켜 만들 수 있고, S극 영구자석(44)은 자속이 들어오는 방향을 갖도록 자기 모멘트(71) 방향을 반대로 배열시켜 만들 수 있다.
N극 영구자석(43)에서 자속이 나가고, 스테이터(20,30)를 통하여 S극 영구자석(44)으로 들어오며, 다시 S극 영구자석(44)에서 N극 영구자석(43)으로 이어지는 자기 경로가 형성되고, 그 결과, 전자기 유도작용에 의하여 스테이터(20,30)의 코일(60)에 유도전류가 흐르게 되어 발전이 이루어진다.
제1 및 제2영구자석 배열(45,46)은 N극 영구자석(43)과 S극 영구자석(44)이 미리 정해진 간격을 두고 교대로 배열된 것이다. 여기서 간격이 너무 좁거나 너무 넓으면 자속이 제1 및 제2스테이터(20,30)에 쇄교되지 않을 수 있다. 따라서 N극 영구자석(43)과 S극 영구자석(44)의 간격은 제1 및 제2스테이터(20,30)에 자속을 쇄교시킬 수 있을 정도인 것이 바람직하다.
본 실시예는 제1면(41)에 배열된 N극 또는 S극 영구자석(43,44)과 제2면(42)에 배열된 N극 또는 S극 영구자석(43,44)의 샤프트(50)의 회전축(X) 방향에 대한 정렬 위치를 기준으로, 제1영구자석 배열(45)이 제2영구자석 배열(46)에 대하여 코깅토크가 감소되도록 샤프트(50)의 원주 방향을 따라 소정의 각도로 전이되어 있다.
그러나 다른 실시예에서는 제2영구자석 배열(46)이 제1영구자석 배열(45)에 대하여 코깅토크가 감소되도록 소정의 각도로 전이될 수 있다(미도시).
코깅토크는 제1스테이터(20) 및 제2스테이터(30) 각각에서 발생한다.
본 실시예의 발전기는 제1 또는 제2영구자석 배열(45,46)을 전이시킴으로써 제1스테이터(20)에서 발생하는 코깅토크와 제2스테이터(30)에서 발생하는 코깅토크를 상쇄시켜 본 실시예에 의한 발전기에서 발생하는 전체 코깅토크를 감소시킬 수 있다.
코깅토크를 감소시키면 발전기의 초기 기동이 원활하게 이루어지는 효과가 있다.
제1 또는 제2영구자석 배열(45,46)이 제2 또는 제1영구자석 배열(46,45)에 대하여 전이되는 각도(αde) 즉 전이각(αde)은 실제 측정한 값 즉 기계적인 각도로 나타낼 수도 있고, 전기각으로도 나타낼 수도 있다.
여기서 전이각(αde)은 코깅토크를 감소시키도록 로터(40)의 영구자석(43,44) 또는 스테이터의 슬롯(21,31)의 개수를 고려 인자(factor)로 하여 결정될 수 있다.
이하의 수학식 1 내지 6을 설명하기 위하여, Nc를 로터(40)가 1회전 할 때 코깅토크 발생 횟수라고 하고, Ns은 제1스테이터(20)와 제2스테이터(30) 각각에 마련된 슬롯(21,31)의 개수라고 하며, P를 디스크(40a)의 제1면(41)과 제2면(42) 각각에 마련된 영구자석(43,44)의 개수라고 하고, HCF{Ns,P}를 Ns과 P의 최대공약수라고 하며, αc를 코깅토크가 한 번 발생하는 기계각이라 하고, αce를 코깅토크가 한 번 발생하는 전기각이라 하며, deg.(m)을 기계각이라 하고, deg.(e)를 전기각이라 하며, τc를 총 코깅토크라 하고, τcupper을 제1스테이터(20)에서 발생하는 코깅토크라 하며, τclower를 제2스테이터(30)에서 발생하는 코깅토크라 하고, θc를 코깅토크의 위상이라 하며, αde를 제1 또는 제2영구자석 배열(45,46)의 위치가 변경되는 전이각(αde)이라고 하자.
그러면, 제1스테이터(20) 및 제2스테이터(30) 각각에서 발생되는 1회전당 코깅토크의 발생횟수 Nc는 다음의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00001
따라서, 코깅토크가 한 번 발생하기 위한 기계각은 다음의 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00002
여기서, αc를 전기각으로 표현한 αce는 다음의 수학식 3과 같다.
Figure pat00003
여기서, [deg.(e)]는 로터(40) 극수와 무관하게 로터(40)의 N,S 2개의 극이 스테이터의 슬롯(21,31)을 쇄교하는 것을 360°기준으로 하는 것이다. 전술한 수학식 1에서 언급한 바와 같이 코깅토크는 제1스테이터(20)에 의한 코깅토크과 제2스테이터(30)에 의한 코깅토크의 합으로 나타낼 수 있다.
Figure pat00004
제1 또는 제2영구자석 배열(45,46)의 전이는 제1 및 제2스테이터(20,30) 각각에서 발생되는 코깅토크를 감소시키기 위한 방법으로 제1 또는 제2영구자석 배열(45,46)의 전이를 통해 제1스테이터(20)에서 발생되는 코깅토크 발생 위상을 다음의 수학식 5와 같이 이동시켜 제1 및 제2스테이터(20,30)에서 발생되는 코깅토크 합이 0이 되게 만드는 것으로, 제1스테이터(20)를 위치 이동시켜 코깅토크 발생 위상을 180[deg.(e)] 전이 시키면 발생되는 코깅토크를 0으로 만들 수 있다.
Figure pat00005
따라서, 제1스테이터(20)에서 발생하는 코깅토크 위상을 180[deg.(e)] 이동시키는 제1 또는 제2영구자석 배열(45,46)의 전이각(αde)은 수학식 3을 통해 다음의 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00006
수학식 2에서 αce는 코깅토크가 한 번 발생하는 전기각을 나타내는 함수로써, αce가 반으로 될 때 코깅토크는 전기각으로 180[deg.(e)]의 위상을 가짐으로 디스크(40a) 제1면(41)에 배열된 영구자석(43,44)을 전이각(αde)만큼 이동시켰을 때 제1 및 제2스테이터(20,30)에서 발생하는 코깅토크 위상이 서로 반대가 되어 코깅토크가 상쇄되며 그에 따라 발전기의 코깅토크가 감소됨을 알 수 있다.
스테이터의 슬롯(21,31)의 개수와 영구자석(43,44)의 개수가 변경되더라도 제1 또는 제2영구자석 배열(45,46)의 전이각(αde)은 수학식 6을 이용하여 계산할 수 있다.
본 실시예의 발전기는 예컨대 제1스테이터(20)와 제2스테이터(30) 각각에 마련된 슬롯(21,31)의 개수는 30개일 수 있고, 디스크(40a)의 상기 제1면(41)과 제2면(42) 각각에 마련된 영구자석(43,44)의 개수는 20개일 수 있다.
이 경우 실험에 의하면, 전이각(αde)이 0[deg.(e)]인 경우 코깅토크는 2.89[Nm]가 나왔고, 30[deg.(e)]인 경우 0.32[Nm]가 나왔다. 즉 전이각(αde)을 준 경우 코깅토크가 감소되었음을 보여준다.
본 실시예의 발전기는 제1스테이터(20)의 외측면을 덮는 제1하우징(81)과 제2스테이터(30)의 외측면을 덮는 제2하우징(82)을 포함할 수 있으며, 제1하우징(81)과 제2하우징(82) 사이에 마련되는 제3하우징(83)을 포함할 수 있다. 제3하우징(83)은 다수의 영구자석(43,44)과 다수의 슬롯(21,31)이 소정의 공극(84)을 유지하도록 하는 역할을 한다. 즉 제1스테이터(20), 로터(40) 및 제2스테이터(30) 사이에 간격을 유지시켜 로터(40)가 제1스테이터(20) 및 제2스테이터(30) 사이에서 원활하게 회전하면서도 적절한 공극(84)을 유지시켜 영구자속에서 발생하는 자속이 제1 및 제2스테이터(20,30)에 충분히 쇄교되도록 한다.
따라서 여기서 공극(84)은 제1 및 제2스테이터(20,30)에 영구자석(43,44)의 자속을 적절하게 쇄교시킬 수 있을 정도인 것이 바람직하다.
본 실시예의 발전기에 있어서, 샤프트(50)는 풍력발전기의 블레이드(미도시)와 연결되어, 블레이드로부터 동력을 전달받아 회전할 수 있다.
코깅토크가 커지면 풍력발전기의 초기 기동시 큰 기동 토크가 요구되므로 적은 풍량에서는 초기 기동이 어려워지게 되고, 발전기의 효율이나 출력 특성도 나빠지는 문제가 있다.
그러나 본 실시예에 따르면 영구자석(43,44)의 위치이동을 통하여 코깅토크를 최소화시켜 적은 풍량에서도 풍력발전기의 초기 기동이 원활하게 이루어지게 하는 효과가 있으며, 발전기의 효율과 출력 특성도 향상되는 효과가 있다.
다만, 본 실시예에 따른 발전기는 풍력발전기에 한정되는 것은 아니며 코깅토크를 감소시킬 필요가 있는 전기기기(10)에 있어서 여러 용도로 적용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예는 회전가능하게 설치되는 샤프트(50) 및 샤프트(50)와 결합되어 회전가능하고, 디스크(40a)의 제1면(41)에는 다수의 영구자석(43,44)이 원주 방향을 따라 제1영구자석 배열(45)로 배열되고, 제1면(41)의 반대측에 위치한 제2면(42)에는 제1면(41)과 마찬가지로 다수의 영구자석(43,44)이 원주 방향을 따라 제2영구자석 배열(46)로 배열되되, 제1면(41)에 배열된 N극 또는 S극 영구자석(43,44)과 제2면(42)에 배열된 N극 또는 S극 영구자석(43,44)이 샤프트(50)의 회전축(X) 방향을 따라 비정렬된 로터(40)를 포함할 수 있다.
또한, 로터(40)의 제1면(41)과 소정의 공극(84)을 형성하며 배치되고, 다수의 슬롯(Teeth,21)이 마련된 제1스테이터(20) 및 로터(40)의 제2면(42)과 소정의 공극(84)을 형성하며 배치되고, 제1스테이터(20)와 대향하며, 제1스테이터(20)의 다수의 슬롯(21)과 샤프트(50)의 회전축(X) 방향을 따라 정렬된 다수의 슬롯(31)이 마련된 제2스테이터(30)를 포함할 수 있다.
이상, 본 실시예에서는 전기기기(10)가 발전기로 기능하는 경우에 대하여 설명하였지만, 본 발명의 또 다른 실시예로서 전기기기(10)가 모터로 기능하는 경우도 전술한 내용이 그대로 적용될 수 있다.
그리고 전술한 영구자석(43,44)의 위치를 이동시키는 구조의 전기기기(10)가 채용될 수 있는 장치라면 어느 것이든 본 발명에 의한 전기기기(10)가 적용될 수 있다.
본 발명의 실시예와 관련하여 상기와 같이 몇 가지만을 기술하였지만, 이 외에도 다양한 형태의 실시가 가능하다. 앞서 설명한 실시예들의 기술적 내용들은 서로 양립할 수 없는 기술이 아닌 이상은 다양한 조합 형태로 조합될 수 있으며, 이를 통해 새로운 실시형태로 구현될 수도 있다.
10 : 전기기기
20 : 제1스테이터
30 : 제2스테이터
40 : 로터
50 : 샤프트
60 : 코일

Claims (13)

  1. 회전가능하게 설치되는 샤프트;
    상기 샤프트와 결합되어 회전가능하고, 디스크의 제1면에는 다수의 영구자석이 원주 방향을 따라 제1영구자석 배열로 배열되고, 상기 제1면의 반대측에 위치한 제2면에는 다수의 영구자석이 원주 방향을 따라 제2영구자석 배열로 배열되되, 상기 제1면에 배열된 N극 또는 S극 영구자석과 상기 제2면에 배열된 N극 또는 S극 영구자석의 상기 샤프트 회전축 방향에 대한 정렬 위치를 기준으로, 상기 제1 및 제2영구자석 배열 중 어느 하나가 다른 하나에 대하여 상기 샤프트의 원주 방향을 따라 소정의 각도로 전이되어 있는 로터; 및
    상기 로터를 사이에 두고 각각 배치되고, 다수의 슬롯(Slot)이 마련된 제1스테이터와 제2스테이터;
    를 포함하는 전기기기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2영구자석 배열은 N극과 S극 영구자석이 소정의 간격을 두고 교대로 배열된 것을 특징으로 하는 전기기기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 간격은 상기 제1 및 제2스테이터에 상기 영구자석의 자속을 쇄교시킬 수 있을 정도인 것을 특징으로 하는 전기기기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 슬롯은 소정의 간격을 두고 배열되며, 상기 영구자석이 위치한 방향으로 돌출된 것을 특징으로 하는 전기기기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 슬롯 각각에는 코일이 권선되어 있는 것을 특징으로 하는 전기기기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1스테이터의 상기 다수의 슬롯과 상기 제2스테이터의 상기 다수의 슬롯은 상기 회전축 방향을 따라 정렬된 것을 특징으로 하는 전기기기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전이각은 코깅토크를 감소시키도록 상기 영구자석 또는 상기 슬롯의 개수를 고려 인자(factor)로 하여 결정되는 것을 특징으로 하는 전기기기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전이각(αde)은 다음의 수학식을 이용하여 계산하며,
    (수학식)
    αde=(90°* HCF{Ns,P} / Ns) ± 10°[deg.(e)]
    여기서, [deg.(e)]는 전기각을 나타내고, Ns은 상기 제1스테이터와 상기 제2스테이터 각각에 마련된 슬롯의 개수를 나타내며, P는 상기 디스크의 상기 제1면과 상기 제2면 각각에 마련된 영구자석의 개수를 나타내고, HCF{Ns,P}는 Ns과 P의 최대공약수를 나타내는 전기기기.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1스테이터와 상기 제2스테이터 각각에 마련된 슬롯의 개수는 30개이고, 상기 디스크의 상기 제1면과 상기 제2면 각각에 마련된 영구자석의 개수는 20개인 것을 특징으로 하는 전기기기.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 샤프트는 풍력발전기의 블레이드와 연결되어, 상기 블레이드로부터 동력을 전달받아 회전하는 것을 특징으로 하는 전기기기.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1스테이터와 제2스테이터 각각의 외측면을 덮는 제1하우징과 제2하우징; 및
    상기 다수의 영구자석과 상기 다수의 슬롯이 소정의 공극을 유지하도록 하기 위해 상기 제1하우징과 제2하우징 사이에 마련되는 제3하우징;
    을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전기기기.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 공극은 상기 제1 및 제2스테이터에 상기 영구자석의 자속을 쇄교시킬 수 있을 정도인 것을 특징으로 하는 전기기기.
  13. 회전가능하게 설치되는 샤프트;
    상기 샤프트와 결합되어 회전가능하고, 디스크의 제1면에는 다수의 영구자석이 원주 방향을 따라 제1영구자석 배열로 배열되고, 상기 제1면의 반대측에 위치한 제2면에는 다수의 영구자석이 원주 방향을 따라 제2영구자석 배열로 배열되되, 상기 제1면에 배열된 N극 또는 S극 영구자석과 상기 제2면에 배열된 N극 또는 S극 영구자석이 상기 샤프트의 회전축 방향을 따라 비정렬된 로터;
    상기 로터의 상기 제1면과 소정의 공극을 형성하며 배치되고, 다수의 슬롯이 마련된 제1스테이터; 및
    상기 로터의 상기 제2면과 소정의 공극을 형성하며 배치되고, 상기 제1스테이터와 대향하며, 상기 제1스테이터의 상기 다수의 슬롯과 상기 회전축 방향을 따라 정렬된 다수의 슬롯이 마련된 제2스테이터;
    를 포함하는 전기기기.
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